Schwimmen und Sinken - ETH Z...Schwimmen und Sinken 4 zentrale Fragen Was schwimmt – was sinkt?Wir untersuchen Vollkörper. Was passiert mit dem Wasser, wenn ich etwas eintauche?

Schwimmen und Sinken Eine Einführung in die KiNT-Unterrichtsmaterialien

Ralph Schumacher

Wie kommt es, dass ein kleines Stück Stahl untergeht,

aber ein grosses, schweres Schiff aus Stahl schwimmt?

Schwimmen und Sinken 4 zentrale Fragen

Was schwimmt – was sinkt? Wir untersuchen Vollkörper.

Was passiert mit dem Wasser, wenn ich etwas eintauche?

Was macht das Wasser mit einem Gegenstand, wenn man diesen eintaucht?

Warum schwimmt ein Schiff?

Unterricht im 1. und 2. Schuljahr

1. Unterrichtseinheit: Was schwimmt – was sinkt? Schwimmen und Sinken von Vollkörpern

Sequenz 1: Was schwimmt – was sinkt? - Erste Vermutungen

Sequenz 2: Warum schwimmt das eine Messer und das andere Messer nicht?

Sequenz 3: Was schwimmt – was sinkt? – Wiederholung und Festigung

Sequenz 4: Wir bauen ein Floss aus verschiedenen Materialien


2. Unterrichtseinheit: Was passiert mit dem Wasser, wenn ich etwas eintauche? – Verdrängung von Wasser

Sequenz 1: Was passiert mit dem Wasser, wenn ich etwas eintauche? – Verdrängung

Sequenz 2: Warum steigt das Wasser bei verschiedenen Gegenständen unterschiedlich hoch? – Versuche zur Verdrängung


1. Unterrichtseinheit: Wie kommt es, dass ein riesiges, schweres Schiff aus Metall im Wasser nicht untergeht? – Erste Vermutungen

2. Unterrichtseinheit: Was passiert mit dem Wasser, wenn man ein Schiff ins Wasser setzt? – Verdrängung von Wasser


3. Unterrichtseinheit: Warum schwimmt ein Schiff? – Auftrieb

Sequenz 1: Was macht das Wasser mit dem Schiff, wenn man es eintaucht? – Auftrieb

Sequenz 2: Bau von Knetbooten: Wasser drückt und Wasser wird verdrängt

Sequenz 3: Gegenspiel – Zusammenhang zwischen „Gewicht zieht“ und „Wasser drückt“

Unterricht im 3. und 4. Schuljahr 4. Unterrichtseinheit: Warum sinkt Eisen, warum

schwimmt Wachs? – Dichte

Sequenz 1: Was schwimmt – was sinkt?

Sequenz 2: Warum sinkt Eisen, warum schwimmt Wachs?

Sequenz 3: Wie kommt es, dass ein Schiff schwimmt, aber ein Metallklotz nicht?

Warum naturwissenschaftlicher Unterricht in der Primarschule?

Interessensentwicklung

Lernmotivation / Fähigkeitsselbstkonzept (Kompetenzerleben)

Aufbau von Begriffswissen

Vermeidung von Misskonzepten / Fehlvorstellungen

Vorbereitung wissenschaftlicher Denk- und Arbeitsweisen

Lernen aus konstruktivistischer Sicht

Lernen als aktiver und konstruktiver Prozess

Lernen als Verändern von Präkonzepten

Anschlussfähige und nicht-anschlussfähige Schülervorstellungen

Kognitiv aktivierende Lernformen

Lernerfolge diagnostizieren

Schülervorstellungen

Was schwimmt – was sinkt?

Schwere und gelochte Gegenstände sinken.

Kleine, leichte und flache Gegenstände schwimmen.

Nur solche Dinge schwimmen, in denen Luft enthalten ist.

Alle Gegenstände aus Holz schwimmen.

Alle Gegenstände aus Stein gehen unter.



Je schwerer ein Gegenstand ist, desto mehr Wasser verdrängt er, auch wenn die Gegenstände gleich gross sind.

Beispiel: Eine schwere Kugel verdrängt mehr Wasser als eine leichte Kugel, obwohl beide Kugeln gleich gross sind.

Das Wasser „will“ zurück an seinen Platz.


Warum schwimmt ein Schiff?

weil das Schiff einen Kapitän hat

weil es angebunden ist

weil es einen Motor hat

weil Luft drin ist

weil es hohl ist

Ziele beim Lernen naturwissenschaftlicher Themen in der Primarschule

Freude am Nachdenken über Phänomene aus Natur und Technik

Selbstvertrauen entwickeln, etwas herausfinden und verstehen zu können

die Bereitschaft entwickeln, sich auf forschendes Lernen einzulassen und Herausforderungen im Denken anzunehmen

die Fähigkeit entwickeln, über naturwissenschaftlich-technische Fragen zu kommunizieren

beginnen, ein Verständnis von wissenschaftlichem Arbeiten und von Experimenten aufzubauen

1) Fragestellung formulieren

2) Hypothesen aufstellen

3) Versuch darstellen

4) Beobachtungen beschreiben

5) Versuch interpretieren und

ggf. Hypothesen revidieren

Unterricht gestalten: Das Verändern von Präkonzepten unterstützen

Erklärungen von Phänomenen selber entwickeln

Eigene Ideen / Vermutungen formulieren und prüfen

Erklärungen begründen und Experimente entwickeln

Wichtigkeit von Fehlern als Zwischenstufen auf dem Weg zur richtigen Erklärung

den eigenen Lernprozess reflektieren

Erklärungen auf mehrere Phänomene übertragen

Gesprächsführung im Unterricht

Sinnliche Wahrnehmung unterstützen:

„Was spürst du, wenn du mit dem Handschuh ins Wasser eintauchst?“

„Was beobachtest du, wenn zwei gleich grosse, aber unterschiedlich schwere Kugeln ins Wasser eintauchen?“


Erklärungen einfordern:

„Warum meinst du, dass der Knopf schwimmt?“

„Warum meinst Du, dass grössere Dinge mehr Wasser wegdrängen als kleinere?“


Widersprüche herausstellen:

„Du sagst, dass umso mehr Wasser verdrängt wird, je schwerer der Gegenstand ist. Aber Lena sagt, dass grössere Sachen mehr Wasser verdrängen als kleinere. Was stimmt denn nun?“


Übertragung anregen:

„Kannst du damit auch erklären, wieso dieser grosse Topf schwerer beladen werden kann als der kleinere?“

„Hast du schon mal im Schwimmbad versucht, deinen Freund hochzuheben? Was hast du da gespürt? Kannst du das auch erklären?“


Beweise einfordern:

„Versuche mal alle Experimente, die du hier siehst, mit dieser Idee, dass das Wasser drückt, zu erklären“


Erkennen von Zusammenhängen und Regeln anregen:

„Je grösser das Schiff ist, desto ….“


Ideen hervorheben:

„Sabine hat da gerade eine ganz neue Idee. Sie sagt, dass Sachen vielleicht im Wasser leichter werden, weil das Wasser sie auch nach oben drückt. Was meint Ihr dazu?“


Eine Erklärung für mehrere Phänomene finden:

„Ihr habt gesagt, das Wasser drückt die Bälle nach oben. Überprüft, ob das Wasser alle Sachen nach oben drückt, also auch die Töpfe, die Tauchringe, etc. Stimmt das für alle Versuche?“


1. Unterrichtseinheit: Was schwimmt – was sinkt? Schwimmen und Sinken von Vollkörpern

Sequenz 1: Was schwimmt – was sinkt? - Erste Vermutungen

Sequenz 2: Warum schwimmt das eine Messer und das andere Messer nicht?

Sequenz 3: Was schwimmt – was sinkt? – Wiederholung und Festigung

Sequenz 4: Wir bauen ein Floss aus verschiedenen Materialien



Schwere und gelochte Gegenstände sinken.

Kleine, leichte und flache Gegenstände schwimmen.

Nur solche Dinge schwimmen, in denen Luft enthalten ist / die Hohlräume haben.

Alle Gegenstände aus Holz schwimmen.

Alle Gegenstände aus Stein gehen unter.



Alles, was schwer ist, geht unter.

Alles, was leicht ist, schwimmt.

Alles, was gross ist, geht unter.

Alles, was klein ist, schwimmt.

Alles, was flach / dünn ist, schwimmt.

Alle Sachen, in denen Luft ist, schwimmen, weil die Luft die Sachen nach oben zieht.

Lernziele: Es ist nicht entscheidend, wie gross oder wie schwer

Gegenstände sind – und ob sie Löcher haben oder nicht.

Es ist allein entscheidend, aus welchem Material die Gegenstände bestehen (Materialkonzept).

Gegenstände, die bei gleichem Volumen leichter sind als Wasser, schwimmen.

Ein Vollkörper schwimmt, wenn seine Dichte geringer ist als die Dichte der Flüssigkeit, in die er eintaucht.

Lernziele:

Ob ein Gegenstand schwimmt, hängt von seiner Dichte ab.

Im Unterricht wird noch nicht von „Dichte“ gesprochen.

Die Kinder sollen eine Vorstellung davon bekommen, dass Materialien bei gleicher Grösse ein unterschiedliches Gewicht haben können:

Etwas ist schwer / leicht für seine Grösse.

Sequenz 1

Was schwimmt – was sinkt? Schwimmen und Sinken von Vollkörpern

Sequenz 2: Warum schwimmt das eine Messer – und das andere nicht?

Sequenz 4

Dichtetabelle: Erklären des Schwimmens und Sinkens mit Hilfe der

Dichte (3. / 4. Schuljahr)

Lernstandskontrolle


2. Unterrichtseinheit: Was passiert mit dem Wasser, wenn ich etwas eintauche? – Verdrängung von Wasser





Je schwerer ein Gegenstand ist, desto mehr Wasser verdrängt er, auch wenn die Gegenstände gleich gross sind.

Beispiel: Eine schwere Kugel verdrängt mehr Wasser als eine leichte Kugel, obwohl beide Kugeln gleich gross sind.

Lernziele: Alle Sachen brauchen Platz im Wasser. Je mehr Platz sie

brauchen, desto mehr Wasser drängen sie weg.

Die Menge des verdrängten Wassers hängt nur vom Volumen eines eingetauchten Gegenstandes ab.

Ein eingetauchter Gegenstand mit grösserem Volumen verdrängt mehr Wasser als ein eingetauchter Gegenstand mit kleinerem Volumen.

Gegenstände, die hohl sind, verdrängen mehr Wasser als ein gleich schwerer Vollkörper aus demselben Material.



Station 1: Gleich grosse Würfel im Becher

Station 2: Gleich schwere Kugeln im Becher

Bei den kleineren Kugeln steigt das Wasser nicht so hoch wie bei den grösseren Kugeln.

Station 3: Verschieden grosse Steine

Bei den kleinen Steinen Steigt das Wasser nicht So hoch wie bei den Grösseren Steinen.

Station 4: Knetmasse in verschiedenen Formen

Das Wasser steigt immer gleich hoch.

Lernstandskontrolle


1. Unterrichtseinheit: Wie kommt es, dass ein riesiges, schweres Schiff aus Metall im Wasser nicht untergeht? – Erste Vermutungen

2. Unterrichtseinheit: Was passiert mit dem Wasser, wenn man ein Schiff ins Wasser setzt? – Verdrängung von Wasser


Ein Schiff schwimmt,

weil es hohl ist – weil die Luft das Schiff nach oben zieht

weil im Meer Salzwasser ist

weil das Wasser eine Haut hat

weil es so spitz geformt ist

weil es unten platt ist


Je schwerer ein Gegenstand ist, desto höher steigt das Wasser, auch bei gleichem Volumen.

Es kommt auf das Material an. Manche Materialien verdrängen mehr Wasser als andere.

Lernziele:

Die Menge des verdrängten Wassers hängt nur vom Volumen eines eingetauchten Gegenstandes ab.

Ein eingetauchter Gegenstand mit grösserem Volumen verdrängt mehr Wasser als ein eingetauchter Gegenstand mit kleinerem Volumen.

Gegenstände, die hohl sind, verdrängen mehr Wasser als ein gleich schwerer Vollkörper aus demselben Material.

1. Unterrichtseinheit: Wie kommt es, dass ein riesiges, schweres

Schiff aus Metall im Wasser nicht untergeht? – Erste Vermutungen

2. Unterrichtseinheit: Was passiert mit dem Wasser, wenn man ein

Schiff ins Wasser setzt? – Verdrängung von Wasser

Station 1: Würfel im Becher

Das Wasser steigt bei allen Würfeln gleich hoch, wenn sie ganz ins Wasser getaucht sind. Wenn ein Würfel schwimmt, dann verdrängt er weniger Wasser.

Station 2: Kugeln im Becher

Bei den kleineren Kugeln steigt das Wasser nicht so hoch wie bei den grösseren Kugeln.

Station 3: Töpfe

Das Wasser steigt bei den grösseren Töpfen höher als bei den kleineren. Wenn die Töpfe Das gleiche Volumen haben, steigt das Wasser gleich hoch. Töpfe mit grösserem Volumen brauchen mehr Platz im Wasser. Sie sind auch schwerer hineinzudrücken als kleinere Töpfe.

Station 4: Überlaufversuch

Station 5: Schiffsmodell und Klotz aus Edelstahl

Das Boot verdrängt mehr Wasser als der Klotz.

Station 6: Eigene Versuche

Phänomen „Verdrängung“ Phänomen „Wasser drückt“

Lernstandskontrolle


3. Unterrichtseinheit: Warum schwimmt ein Schiff? – Auftrieb

Sequenz 1: Was macht das Wasser mit dem Schiff, wenn man es eintaucht? – Auftrieb

Sequenz 2: Bau von Knetbooten: Wasser drückt und Wasser wird verdrängt

Sequenz 3: Gegenspiel – Zusammenhang zwischen „Gewicht zieht“ und „Wasser drückt“

Lernziele:

Das Wasser drückt einen Gegenstand hoch, weil es wieder an seinen Platz zurück „will“.

Das Wasser drückt gegen alle Gegenstände, auch gegen die, die untergehen.

Lernziele:

Der Auftrieb wird durch das Volumen der verdrängten Flüssigkeit und durch die Dichte der Flüssigkeit beeinflusst. Er ist umso grösser:

je grösser das Volumen der vom Gegenstand verdrängten Flüssigkeit ist

und

je grösser die Dichte der verdrängten Flüssigkeit ist.

Lernziele:

In Flüssigkeiten entsteht durch deren Gewicht ein so genannter Schweredruck.

Der Schweredruck nimmt mit der Tiefe zu.

Er ist die Ursache für den Auftrieb.


Je mehr Wasser vorhanden ist, desto stärker drückt es.

Mögliche Reaktion: Draht in Wasserbecken, Badewanne, Schwimmbecken werfen. Er geht immer unter.

Je schwerer ein Gegenstand ist, desto stärker drückt das Wasser.

Mögliche Reaktion: Gegenstände, die gleich schwer, aber unterschiedlich gross sind, können leichter ins Wasser gedrückt werden, wenn sie kleiner sind.

Sequenz 1: Was macht das Wasser mit dem Schiff, wenn man es

eintaucht?

Station 1: Knetklumpen an der Angel

Der Knetklumpen wird im Wasser scheinbar leichter.

Station 2: Knetklumpen am Gummiband

Das Gummiband zieht sich zusammen, sobald der Knetklumpen ins Wasser eintaucht. Wenn man ihn wieder aus dem Wasser zieht, dehnt sich das Gummi wieder aus.

Station 3: Verschiedene Becher

Es ist schwieriger, den grossen Becher einzutauchen als den kleinen.

Station 4: Plastikhandschuh

Der Handschuh wird von allen Seiten durch das Wasser an die Hand gedrückt.

Station 5: Bälle

Die Bälle springen aus dem Wasser.

Station 6: Töpfe

Je grösser die Töpfe sind, desto stärker drückt das Wasser.

Sequenz 2: Bau von Knetbooten – Zusammenführung der

Konzepte „Wasser drückt“ und „Wasser wird verdrängt“

Lernziel

Die Kinder können die Vorstellung entwickeln: Je mehr Wasser verdrängt wird, desto mehr Wasser drängt zurück an seinen Platz – desto stärker drückt das Wasser – und umso mehr kann es tragen.

Sequenz 3: Gegenspiel – Zusammenhang zwischen „Gewicht

zieht“ und „Wasser drückt“

Lernstandskontrolle

Der Schweredruck als Ursache des Auftriebs

Unterricht im 3. und 4. Schuljahr 4. Unterrichtseinheit: Warum sinkt Eisen, warum

schwimmt Wachs? – Dichte



Sequenz 3: Wie kommt es, dass ein Schiff schwimmt, aber ein Metallklotz nicht?



Sequenz 2: Warum sinkt Eisen, warum schwimmt Wachs? – Formen der Veranschaulichung

Lernstandsdiagnose

Schwimmbadunterricht

Station 1: Gummiklotz an der Angel eintauchen

Station 2: Gummiklotz am Gummiband eintauchen

Station 3: Eimer am Seil herausziehen

Station 4: Töpfe und Eimer langsam herunterdrücken

Station 5: Brett und Bottich herunterdrücken

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Documents

Schwimmen und Sinken - ETH Z...Schwimmen und Sinken 4 zentrale Fragen Was schwimmt – was sinkt?Wir untersuchen Vollkörper. Was passiert mit dem Wasser, wenn ich etwas eintauche?